永磁同步电动机无传感器无模型滑模转速控制实验设计Experiment Design for Sensorless Model-free Sliding Mode Speed Control of Permanent Magnet Synchronous Motors
周晓华,张孟轲,张银,吴雪颖,王月武,黄庆南
摘要(Abstract):
针对永磁同步电动机无位置传感器控制存在位置观测精度低及转速控制抗扰动能力弱的问题,设计了一种具有扰动观测和补偿能力的无位置传感器无模型滑模转速控制方法。该方法在零低速域采用高频方波电压注入法进行位置估计,在中高速域采用超螺旋滑模观测器进行位置估计,并在低、高速域之间采用加权切换,实现全速域平滑过渡。在采用无模型滑模控制算法设计转速控制器的同时,还设计了扩展滑模扰动观测器以增强系统抗扰能力。实验和仿真结果表明,所提方法在电动机启动、控制转速和负载转矩突变等工况下,其转子位置估计精度、系统动态响应及抗干扰能力均优于传统控制方法。
关键词(KeyWords): 高频方波电压注入;超螺旋滑模观测器;无模型滑模控制;内置式永磁同步电动机;无传感器控制
基金项目(Foundation): 广西自然科学基金项目(2025GXNSFAA069575);; 广西研究生教育创新计划项目(JGY2021177,JGY2023273)
作者(Author): 周晓华,张孟轲,张银,吴雪颖,王月武,黄庆南
DOI: 10.19927/j.cnki.syyt.2026.10.009
参考文献(References):
- [1]冯海喜.基于永磁同步电机无位置传感器巡线机器人控制系统研究[D].淮南:安徽理工大学,2025.
- [2]蒋俊杰,张厚升,邢雪宁,等.永磁同步电动机无位置传感器全速域控制仿真实验设计[J].实验室研究与探索,2024,43(7):6-11.
- [3]陈涛,周扬忠,屈艾文,等.基于旋转高频电压注入的六相串联三相永磁同步电机系统转子初始位置解耦观测[J].电工技术学报,2023,38(8):2073-2085.
- [4]李欣,罗晓宁.基于三参数陷波器的脉振高频电压注入无位置传感器控制[J].浙江大学学报(工学版),2025,59(12):2655-2666.
- [5]耿强,张甍,周湛清.基于高频方波电压注入的IPMSM无位置传感器控制[J].天津工业大学学报,2022,41(5):79-88.
- [6]李洪凤,徐浩博,徐越.扩展卡尔曼滤波参数辨识下永磁同步电机模型预测转矩控制[J].电机与控制学报2023 27(9):19-30.
- [7] Jiang N,Cao R,Su W,et al. MRAS-based sensorless control of IPMSM drives using extended state observer in shaftless rim-driven thruster system[J]. IEEE Transactions on Transportation Electrification,2024,11(2):6038-6047.
- [8]肖盼盼,赵世伟,邱小华.基于自适应龙伯格观测器的IPMSM无位置传感器研究[J].微特电机,2023,51(6):45-50.
- [9]王杰,周立,苏美霞,等.基于模糊控制的自适应超螺旋滑模观测器无传感器控制[J].电气工程学报,2023,18(1):32-42.
- [10] Wang D Q,Liu X D. Sensorless control of IPMSM with improved adaptive super-twisting sliding mode observer and IST-QSG[J].IEEE Transactions on Transportation Electrification,2025,11(1):721-731.
- [11]孙志伟.电动汽车用永磁同步电机无位置传感器控制系统研究[D].淮南:安徽理工大学,2025.
- [12]肖仁鑫,沈培航.永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制[J].组合机床与自动化加工技术,2022(11):79-83.
- [13]张一磊.电动汽车永磁同步电机矢量控制策略研究[D].长春:长春工业大学,2024.
- [14]张红月,郑鹏.基于模糊PI全电动工业平键缝纫机多电机同步控制方法研究[J].微电机,2024,57(11):50-56.
- [15] Luo Y,Jin T,Li X L,et al. Research on pump speed control system based on fuzzy PID[J]. Mechanics,2023,29(3):225-234.
- [16]赵凯辉,戴旺坷,周瑞睿,等.基于扩展滑模扰动观测器的永磁同步电机新型无模型滑模控制[J].中国电机工程学报2022 A2(6):2375-2386.
- [17] Qiao M J,Zhao K H,Fang B,et al. Model-free fast integral terminal sliding mode control based on extended super-twisting sliding mode disturbance observer for IPMSM with unknown disturbances[J]. International Journal of Circuit Theory and Applications,2025,13(2),553-563.